B-клетки защищают наш организм, вырабатывая антитела, которые распознают и нейтрализуют бактерии и вирусы.
При попадании этих инфекционных агентов в организм, B-клетки претерпевают быстрые мутации в генах, кодирующих антитела. Эти мутации — известные как соматические гипермутации — позволяют B-клеткам вырабатывать антитела, вырабатываемые для распознавания чужеродных патогенов, с которыми они только что столкнулись, что делает их более эффективными в защите. Это ключевой элемент нашей иммунной системы и того, как она адаптируется к новым патогенам. Но как клетки запускают такой экстремальный тип мутации — происходящий со скоростью в 1 миллион раз выше, чем в других генетических областях — в определенном участке ДНК, оставалось неясным. Результаты исследования, в котором описано обнаружение этих молекулярных регуляторов были опубликованы в журнале Nature.
«Соматическая гипермутация всегда была своего рода «бедным родственником» иммунобиологии. Долгое время эта область науки находилась в попытках существенно продвинуться в понимании этого процесса», — говорит старший автор статьи иммунобиолог Дэвид Шац. Отчасти сложность изучения соматической гипермутации заключалась в трудностях контроля процесса мутации, чтобы его можно было изучать экспериментально. «Если бы вы манипулировали генами в клетке и, скажем, клетка заболела, к тому времени, когда вы захотели бы увидеть, какие гипермутации произошли, клетка уже погибла бы», — поясняет Шац. Дополнительную загадку добавляло то, что соматические гипермутации изменяют одну точку на одной нити ДНК. Как ответственный за это фермент — так называемая активационно-индуцированная деаминаза (AID) — получает доступ к одной цепи ДНК, оставалось неясным.
Ответы на эти вопросы начали появляться, когда исследователи успешно создали клетки под названием RASH-1C, которые позволили им контролировать и быстро обнаруживать гипермутации. «Вместо того чтобы ждать недели результатов анализа мутаций, теперь у нас была система, которая давала результаты за несколько дней», — рассказал Шац. Это позволило обойти проблему преждевременной гибели клеток. Клетка RASH-1C была получена из типа раковых B-клеток, которые авторы модифицировали несколько лет назад. Ученые кропотливо изучали каждый ген в RASH-1C в поисках тех, которые участвуют в соматической гипермутации. Они делали это, отключая по одному гену и анализируя, как это влияет на соматическую гипермутацию.
Используя информацию, полученную в ходе этой работы, авторы сосредоточили свое внимание на белках, контролирующих транскрипцию — процесс, в ходе которого фермент, называемый РНК-полимеразой II, расщепляет двухцепочечную ДНК и копирует одну из цепей в РНК-транскрипт. Исследователи обнаружили, что во время соматической гипермутации белок, называемый NELF (отрицательный фактор элонгации), может «присоединяться» к РНК-полимеразе II в области генов, кодирующих антитела, и вызывать паузу в ее работе. Это оставляет часть расщепленной двухцепочечной ДНК открытой, обнажая одноцепочечную ДНК. «Это открытие создает возможность для проникновения AID и нарушения структуры ДНК», — говорит Шац. Исследователи также обнаружили два других белка — MLLT1 и MLLT3 — которые отвечают за привлечение AID в нужный участок ДНК. Без MLLT1 и MLLT3 соматические гипермутации полностью прекращаются.
Идея о молекулярном агенте, позволяющем происходить соматической гипермутации, была предложена другими учеными 30 лет назад. «Это исследование переводит нас из области предположений в нечто гораздо более конкретное, с реальными доказательствами того, что это происходит», — отмечает Шац и считает, что NELF — не единственный компонент, вызывающий остановку РНК-полимеразы II. Сейчас исследователи изучают другие молекулы, которые могут играть роль в соматической гипермутации, с целью однажды изучить этот процесс с помощью методов визуализации высокого разрешения. «Если мы сможем это сделать, это будет гигантским шагом вперед для этой области», — говорит Шац.
